正弦波-方波-三角波产生电路

正正弦弦波波- -方方波波- -三三角角波波 产产生生电电路路 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 模拟电子技术模拟电子技术 课程设计报告课程设计报告 一、设计课题：一、设计课题： 设计正弦波-方波-三角波产生电路，满足以下要求： (1)正弦波-方波-三角波的频率在 100HZ~20KHZ 范围内连续可调； (2)正弦波-方波的输出信号幅值为 6V，三角波输出信号幅值为 0~2V 连续可调； (3)正弦波失真度≦5% 二、课程设计目的：二、课程设计目的： （1）巩固所学的相关理论知识； （2）实践所掌握的电子制作技能； （3）会运用 EDA 工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论 设计； （4）通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选 用元器件的原则； （5）学会撰写课程设计报告； （6）培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风。. 三、电路方案与系统、参数设计三、电路方案与系统、参数设计 （（1 1）电路系统设计及功能框图）电路系统设计及功能框图 设计要求为实现正弦波-方波-三角波之间的转换。正弦波可以通过文氏桥 RC 振荡电路产生。正弦波通过滞回比较器可以转换成方波，方波通过一个积分 电路可以转换成三角波，三角波的幅值要求可调。各个芯片的电源可用±12V 直流电源提供。 （（2 2）单元电路设计）单元电路设计 1.1.正弦波发生器实验原理正弦波发生器实验原理 常见的 RC 正弦波振荡电路是 RC 串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文 氏桥正弦波振荡电路。串并联网络在此作为选频和反馈网络。 产生正弦振荡的条件: 正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一 般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。 正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。接入正反 馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条 件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具 有稳幅特性。 振荡频率与起振条件 1 f 0  2 RC 1）振荡频率: 2）起振条件:   1 FAF 1 3 当 f = f0 时，由振荡条件知：,所以起振条件为：   3A 同相比例运放的电压放大倍数为： A u  1  R F R 4 ,即要 R F 2R 4 正弦波产生电路一般包括： 放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路个部分。 1 放大电路： 保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输出值， 实现自由控制。 RC 串并联选频网络： 确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦 波振荡。 正反馈网络： 引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。 稳幅环节： 也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。在回路中串联二个并联的 1BH62 二极管可实现自动稳幅，加入二极管是通过改变运放的放大倍数实现稳 幅的。运放的输出电压超过一定幅值时，此时用比例运放倍数会减小，输出电 压下降。从而达到电压稳幅的目的。 正弦波发生器仿真电路图 2.2.正弦波—方波转换器实验原理正弦波—方波转换器实验原理 电路组成： 2 如图 1 电压比较器电路中双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R2 和 R1构成正反馈，运算放大器当U p  U n 时工作在正饱和区，而当 U n  U p 时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压Ui小于某一负值 电压时，输出电压 Uo= -Uz；当输入电压 Ui大于某一电压时，Uo= +Uz。又由于 “虚断”、“虚短” U p U n 0 ,由此可确定出翻转时的输入电压。Up用 Ui U p 和 Uo表示，有 11 u i u o R u  R 1uo RR 212i U o  0 11 R 1  R 2  R 1 R 2 R 1U i  U o  R 2得此时的输入电压 R 1U Z U th R 2 Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图2 所示。设输入电 压初始值小于-Uth，此时 Uo= -Uz；增大 Ui，当 Ui=Uth时，运放输出状态翻转，进 入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小Ui，当 Ui=-Uth时，运放 则开始进入负饱和区。 u o u n u p uin R 1 - + + R 2 UZ R 3 u o u in -U th U Z 0Uth -U Z 图 1 电压比较器电路图 2 滞回电压比较器的直流传递特性 3 正弦波—方波转换仿真电路图 3.3.方波—三角波转换器实验原理方波—三角波转换器实验原理 积分运算电路 积分运算电路如上图，由于“虚地”， Ui=iIR=icR 得 故： Uo=-Uc由于“虚断”，iI=ic, 故： U-=0, U O U C  11 i dt u IdtC  CRC τ = RC（积分时间常数） 由上式可知，利用积分电路可以实现方波——三角波的波形变换。 方波—三角波转换仿真电路图 4 （（3 3）元器件与参数设计：）元器件与参数设计： LM324 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适 合于电源电压范围很宽的单电源使用, 也适用于双电源工作模式，在推荐的工作 条件下，电源 电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益 模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合等。 RCRC正弦波振荡电路的参数设计正弦波振荡电路的参数设计 根据设计要求输出波形频率范围为 100Hz~20kHz 且连续可调，正弦波幅值 f0 1 2 RC，取 C=10nf,解之可得，R 的取值范围~，因此 RC 选频网为±6V，根据 络用两个 600Ω的固定电阻 R2、R11，两个 158K 电位器 R1、R12和两个 10nf 的电 容 C1、C2组成串并联网络。对于电压幅值 6V，可以通过的电阻 R3和 1K 的电阻 R4调节而得到。 在回路中串联二个并联的 1BH62 二极管可实现自动稳幅。 方波电路的参数设计方波电路的参数设计 5 根据设计要求方波幅值为 6V，选择的稳压二极管可选用稳压管 IN5759A， 其稳压电压为 17V ，另加一阻值为的 R7用于限流，两个 10K 电阻 R5、R6构 成正反馈，选择的稳压二极管可选用稳压管IN5759A。 三角波电路的参数设计三角波电路的参数设计 由于是方波—三角波转换电路，因此在第三个LM324AD 的输出端加上个 限流阻 R8=10K,根据设计要求三角波的峰—峰值为 2V，根据 U o   U z t 1 t 0 U o t 0 ，取 R 8 为 10K 的电阻，R10为 20K 的电位器，积分电路中 C3=,补偿电阻 R9可选取 10K，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性。 （（4 4）总电路图与器材清单表）总电路图与器材清单表 6 元件类型元件类型 运算放大器 电容 电位器 固定电阻 元件序号元件序号 LM324 C1,C2,C3 R1，R12 R10 R2,R